Unidad 11: Materiales de Fabricaci贸n Dr. Alfonso Ram贸n Chung Pinz谩s
GENERALIDADES • Para la selección del material aparte de su utilidad se debe considerar el costo. • Por eso es necesario buscar el equilibrio entre ambos criterios.
GENERALIDADES • En el caso de los procesos industriales, existe una amplia clasificación de los materiales. • Así también existe la nomenclatura que facilita su identificación.
CLASIFICACIÓN GENERAL ALEACIONES
FERROSAS
NO FERROSAS
ACEROS
HIERRO FUNDIDO
BAJA ALEACION
DÚCTIL
ALTA ALEACION
GRIS AL CARBONO
HSLA
INOXIDABLE
DE HERRAM.
MALEABLE
ALTA ALEAC.
METALES FERROSOS • Son aquellos cuyo principal componente es el fierro. • Presentan resistencia a la tensión y dureza. • Son los más comerciales y apropiados para la producción industrial.
HIERRO FUNDIDO • En su mayoría presentan bajos costos. • A pesar de parecer mas sencillo en su producción, este material es complejo. • Existe una gran variedad en esta clasificación, dependiendo de la rapidez del enfriamiento, espesor y tiempo de permanencia en el molde.
TIPOS DE HIERRO FUNDIDO • Hierro dúctil • Hierro gris • Hierro blanco • Hierro de alta aleación • Hierro maleable
HIERRO DÚCTIL • Se utiliza cuando se requiere de una mayor ductilidad o resistencia mecánica. • Un material es dúctil cuando puede deformarse plásticamente sin romperse, mediante esta propiedad pueden obtener hilos o alambres. • Deformación plástica es una deformación irreversible del material, por encima de su elasticidad (deformación reversible) • Se aplican en cigueñales, engranes de servicio pesado y en bisagras de puertas de autos.
HIERRO GRIS • Es una solución sobresaturada de carbono en una matriz de hierro. • Presenta buena resistencia a la fatiga. • La fatiga en un material es cuando éste se rompe luego de ser sometido a cargas repetitivas • Se aplica en Monobloques automotrices, discos y tambores de freno, bases de máquinas y engranes.
HIERRO BLANCO • Se produce mediante un proceso llamado templado. • El templado se realiza calentando el material a altas temperaturas y luego enfriándolo bruscamente • Por su dureza extrema se utiliza para aplicaciones en donde se requiera resistencia al desgaste y a la abrasión. • La dureza es la propiedad de ciertos materiales mediante el cual pueden resistir el corte superficial o «rayado» • Se aplica en revestimientos de molinos, zapatas de los frenos de ferrocarriles, rodillos de trenes de laminación etc. • Son quebradizos
HIERROS DE ALTA ALEACIÓN • Pueden ser grises, blancos o dúctiles. • Presentan 3% más de aleación. • Se producen en fundiciones especializadas.
HIERRO MALEABLE • Es un hierro blanco llevado a la condición de maleable por un proceso de tratamiento térmico en dos etapas. • Maleabilidad es la propiedad de algunos materiales mediante el cual se pueden obtener láminas • Es semejante al acero en muchos aspectos. • Es fuerte, dúctil con buenas propiedades respecto al impacto y fatiga. • Bueno para el maquinado.
ACEROS • Son aleaciones de Hierro con pequeñas cantidades de otros elementos
ACEROS Se dividen en : • Aceros al carbono • Aceros de baja aleación y alta resistencia mecánica • Aceros inoxidables • Aceros de herramientas
ACEROS AL CARBONO • Es una aleación de hierro y carbono principalmente pero con cantidades pequeñas de otros elementos. • Representan el 90% de la producción industrial
ACEROS AL CARBONO Se pueden clasificar según la cantidad de carbono en: • Aceros de bajo carbono (menos del 0.30%) • Aceros medios en carbono (entre 0.30 y 0.50 %) • Aceros de alto carbono (mas de 0.5%).
ACEROS DE BAJO CARBONO • No tiene una dureza notable. • Su resistencia media en estado normalizado varia de 35 a 53 Kg/mm2 y los alargamientos de 33 a 23%. • Se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases entre otros
ACEROS MEDIOS EN CARBONO • Presentan una dureza apreciable y mayor resistencia. • Se suelen emplear en piezas de maquinarias en general, como por ejemplo: 1. Aceros de 0.30% de C. Ejes para vagones, ruedas, piezas de maquinaria, etc 2. Aceros de 0.40% e C. Elementos de maquinas y motores, alambres para cables, ejes para locomotoras, etc. 3. Aceros de 0.50% de C. Bandejas, alambres, flejes, herramientas agrícolas forjadas etc.
ACEROS DE ALTO CARBONO • Su principal característica es que endurecen notablemente y se tornan frágiles. • Ejemplo: Aceros de 0.60% de C. Para fleje duro, alambre, herramientas para agricultura, etc.
ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Y ALTA RESISTENCIA MECÁNICA • También son conocidos como HSLA (High-Strength, Low-Alloy). • Sus propiedades sobrepasan a las del acero al carbono. • Presentan alta resistencia a la tensión, perforación, abrasión, corrosión y tenacidad.
ACEROS INOXIDABLES
• Su utilidad se basa en su alta resistencia a la corrosión y por sus propiedades mecánicas. • En su aleación posee una mínima cantidad de cromo (11%). • Aunque su apariencia puede variar, generalmente presenta un aspecto brillante. • Su uso también es variado, por ejemplo en el menaje, sartenes, hornos etc.
ACEROS DE HERRAMIENTAS • Presentan alta dureza, resistencia y durabilidad. • Se emplean en la fabricación de diversas herramientas.
DESIGNACIÓN • SAE – AISI (AISI: American Iron and Steel Institute – SAE: Society of Automotive Engineers ) • ASTM (American Society for Testing and Materials) • UNS (Unified Numbering System) • EN (European Norms)
CLASIFICACIÓN SAE - AISI
ORGANIZACIÓN CLASIFICADORA
% APROXIMADO DEL ELEMENTO PRINCIPAL DE ALEACIÓN
CLASE DE ACERO
CONTENIDO DE CARBONO (DIVIDIRLO ENTRE 100)
PRIMER DIGITO DE LA CLASIFICACIÓN • • • • •
Primera cifra 1 caracteriza a los aceros al carbono Primera cifra 2 caracteriza a los aceros al níquel Primera cifra 3 caracteriza a los aceros al cromo-níquel Primera cifra 4 caracteriza a los aceros al molibdeno Primera cifra 5 caracteriza a los aceros al cromo
• • • •
Primera cifra 6 caracteriza a los aceros al cromo-vanadio Primera cifra 7 caracteriza a los aceros al tungsteno Primera cifra 8 caracteriza a los aceros al níquel-cromo-molibdeno Primera cifra 9 caracteriza a los aceros al silicio-manganeso
SISTEMA AISI – PREFIJOS Y SUFIJOS
OTRAS DESIGNACIONES • Ver material adicional del curso
METALES NO FERROSOS • Si bien la mayoría de aplicaciones de ingeniería utilizan los metales ferrosos, los no ferrosos se utilizan en su mayoría como recubrimientos, materiales nucleares y constituyentes menores de sistemas.
METALES NO FERROSOS Entre los más usados se tienen: • • • •
EL COBRE EL ALUMINIO EL PLOMO EL ESTAÑO
• EL TITANIO • EL MAGNESIO
DIVERSOS MATERIALES Y OTRAS TECNOLOGÍAS
AEROGEL • Está compuesto en un 99,8% de aire, su densidad es 3 miligramos por cc, pero puede soportar 1000 veces su peso. • Es conocido como humo sólido por su aspecto. • También se usa como aislante térmico y acústico. • La NASA lo utiliza en sus lanzamientos y también para proteger sus instrumentos en el espacio
AEROGEL
NANOTECNOLOGÍA • Es la tecnología a escala nanométrica (1 nanómetro=10^-9 metros, una mil millonésima de metro). • Se pueden hacer productos más pequeños o cambiar el tipo de material . • Es una nueva tecnología que está en avance. • Las aplicaciones en medicina son muy interesantes
NANOBOTS • Un nanobot es un robot o máquina que puede trabajar a escalas nanométricas. • Aún se encuentra en investigación.
INCONEL • Es una marca que abarca diversas aleaciones Níquel Cromo con otros elementos en pequeñas cantidades (aluminio, titanio, cobre entre otros). • Resisten exposiciones a altas temperaturas, no se quiebran a temperaturas criogénicas, buena resistencia a la tracción y a la fatiga.